Résonance et CEM des onduleurs solaires

Quand la centrale fait « chanter » le réseau

Vous connaissez l'effet LarsenLe micro capte le son de l'enceinte, qui le réamplifie, qui repasse dans le micro... la boucle s'emballe et siffle. ? Une centrale photovoltaïque peut produire son équivalent électrique. Ses onduleurs sont pilotés par des boucles de régulationDes calculs répétés des milliers de fois par seconde : mesurer la tension du réseau, corriger le courant injecté, recommencer. ultra-rapides. Quand elles réagissent « de travers » face au réseau, courant et tension se mettent à osciller, et l'oscillation s'entretient au lieu de s'éteindre.
On parle d'oscillation large bande car le phénomène ne vise pas une fréquence unique : selon sa cause, il apparaît de moins d'1 Hz à plusieurs kHzLe réseau, lui, tourne à 50 Hz : tout ce qui oscille en dessous, autour ou très au-dessus est un intrus..

Pas une vue de l'esprit

La frise montre des incidents bien réels : filtres endommagés sur la station BorWin1Raccordement d'éolien en mer en Allemagne (2014) : une résonance a endommagé les filtres de la station de conversion, arrêt de plusieurs mois., décrochage du parc éolien de HornseaRoyaume-Uni, 9 août 2019 : oscillation sous-synchrone du parc, près d'un million d'usagers privés de courant., oscillations à 18-20 Hz sur l'île de KauaiHawaï, 2021 : un petit réseau insulaire très solarisé... un peu comme La Réunion., et le black-out ibérique28 avril 2025. Le rapport final ENTSO-E (mars 2026) retient au moins 15 facteurs combinés, dont des oscillations et des lacunes du contrôle de tension.. En septembre 2026, un fabricant d'onduleurs a même annoncé avoir provoqué puis étouffé volontairementEssai annoncé par Sungrow sur une centrale solaire avec stockage de 500 MW (Qinghai, Chine). Performances revendiquées par le constructeur, à confirmer par des essais indépendants. une telle oscillation sur une centrale réelle.

Pourquoi ça oscille ?

Un onduleur classique est dit « suiveur de réseau »Grid-following en anglais : il ne crée pas la tension, il s'aligne dessus et injecte un courant synchronisé.. Pour injecter son courant au bon moment, il mesure en permanence la tension au point de raccordement grâce à sa PLLPhase-Locked Loop, boucle à verrouillage de phase : l'électronique qui « accroche » la fréquence et la phase du réseau..
Sur un réseau fort, cette tension ne bouge pas : l'onduleur suit une référence solide. Mais si l'impédance du réseauLongues lignes, transformateurs, peu de grosses machines tournantes à proximité : le réseau encaisse mal les variations de courant. est grande, le courant injecté fait lui-même varier la tension mesurée : l'onduleur finit par courir après son propre reflet. S'il corrige trop vite ou trop fort, sa correction relance l'écart... et l'oscillation s'installe.

Mesurer la « force » du réseau avec le SCR :

On compare la puissance de court-circuit disponible au point de raccordement à la puissance de la centrale : c'est le SCRShort Circuit Ratio = Scc au point de raccordement / puissance nominale de la centrale. Plus il est bas, plus le réseau est faible.. En dessous d'environ 3, on parle de réseau faible : c'est là que les ennuis commencent.

Trois familles d'oscillations :

• Très basses fréquences (moins d'1 Hz à quelques Hz) : des oscillations inter-zonesDes régions entières du réseau se balancent l'une contre l'autre ; en Ibérie, le 28 avril 2025, on en a relevé vers 0,2 et 0,6 Hz. liées aux réglages de puissance.
• Autour du 50 Hz (quelques Hz à ~100 Hz) : les oscillations sous- et super-synchronesJuste en dessous ou au-dessus de la fréquence du réseau : le terrain de jeu des PLL et des boucles de courant., typiques des réseaux faibles.
• Hautes fréquences (centaines de Hz à kHz) : des résonancesLes filtres de sortie des onduleurs (selfs + condensateurs) et la capacité des câbles forment des circuits LC qui « sonnent » à leur fréquence propre. entre filtres, câbles et transformateurs.

Le cousin CEM : découpage, fuites et hautes fréquences

Les oscillations large bande ont un cousin bien connu des électroniciens : les perturbations de CEMCompatibilité ÉlectroMagnétique : l'aptitude d'un appareil à fonctionner sans perturber les autres, ni être perturbé par eux.. Leur source commune : le découpage. Pour fabriquer une sinusoïde, l'onduleur hache la tension continue des milliers de fois par seconde avec ses transistorsIGBT ou MOSFET, parfois en carbure de silicium (SiC) : ils basculent en quelques dizaines de nanosecondes, avec des fronts de tension extrêmement raides.. Chaque front raide est une source de hautes fréquences.

Le champ PV est un grand condensateur :

Les cellules sont séparées du cadre et de la structure, reliés à la terre, par une fine épaisseur de verre et de polymère : c'est une capacité parasiteDe l'ordre de 50 à 150 nF par kWc pour du silicium cristallin, davantage par temps humide ou avec certaines couches minces.. Avec un onduleur sans transformateur, toute variation du potentiel du champ par rapport à la terre fait circuler un courant de fuite capacitif.Voilà pourquoi les onduleurs sans transformateur embarquent un contrôleur de courant résiduelRCMU exigé par la norme IEC 62109-2 : déconnexion si la fuite permanente dépasse 300 mA (onduleur jusqu'à 30 kVA), ou si elle bondit brusquement de 30 mA., et pourquoi leur notice précise le type et la sensibilité du DDR compatibles côté AC.

La zone grise des 2 à 150 kHz :

Entre les harmoniques classiques (jusqu'à 2 kHz) et les perturbations radio (au-dessus de 150 kHz), les onduleurs émettent des supraharmoniquesÉmissions conduites entre 2 et 150 kHz, longtemps peu encadrées par les normes : onduleurs PV, bornes de recharge, drivers LED.... Or c'est justement dans cette bande que dialoguent les compteurs communicants par CPLCourant Porteur en Ligne : le signal circule dans les câbles du réseau, vers 35 à 91 kHz. : une installation bruyante peut leur couper la parole.

Détecter et soigner une oscillation

Les symptômes sur le terrain :

• Des onduleurs qui décrochent en série sans défaut franc (codes « réseau », « surtension », « fréquence »), souvent aux heures de forte production.
• Des transformateurs et des selfs qui ronflent ou chauffent anormalement.
• Des condensateurs de filtre qui gonflent ou claquent.
• Des éclairages qui papillotentLe flicker : variation rapide de luminosité due à des fluctuations de tension, très gênante pour l'œil., des compteurs communicants qui perdent la liaison.

Mesurer avant de conclure :

Le multimètre n'en voit presque rien : il affiche une valeur efficace. Il faut un analyseur de qualité réseauDe classe A selon l'IEC 61000-4-30 : harmoniques, inter-harmoniques, flicker, creux et surtensions, enregistrés sur plusieurs jours. en enregistrement longue durée et, pour les hautes fréquences, un oscilloscopeAvec sondes différentielles isolées et matériel de catégorie adaptée (CAT III / CAT IV) : on mesure sur une installation sous tension, habilitation obligatoire..

Les remèdes

• Amortir le filtre : une résistance d'amortissementSimple et efficace, mais elle chauffe : de l'énergie perdue en permanence., ou mieux un amortissement actifL'onduleur simule cette résistance par le calcul, sans pertes..
• Calmer les boucles : PLL et régulations réglées moins nerveuses, souvent par une simple mise à jour du logiciel de l'onduleur.
• Passer en grid-forming : l'onduleur ne suit plus la tension, il l'impose, comme un alternateur, avec une inertie virtuelleL'électronique reproduit la « lourdeur » d'une machine tournante, qui freine naturellement les variations de fréquence..
• Renforcer le réseau : compensateur synchrone ou STATCOMLe premier est une machine tournante sans charge mécanique, le second son équivalent en électronique de puissance : tous deux soutiennent la tension., stockage raccordé en grid-forming.